Электрический сигнал и двоичный код

Почему компьютер «понимает» только два сигнала

Компьютер построен из электронных схем, и хранить данные ему удобнее всего в виде состояний, которые легко различить. Самый надёжный способ — использовать два состояния: есть сигнал и нет сигнала. Эти состояния обозначают цифрами 1 и 0. Так возникает двоичный код — основа представления любой информации в компьютере.

Один разряд двоичного кода называется битом. Бит принимает одно из двух значений: 0 или 1. Из битов складываются более крупные порции, например байт из восьми битов. Слово «бит» означает наименьшую порцию информации, которую вообще можно передать.

Сигнал и его уровни

В электронной схеме нулю и единице соответствуют разные уровни напряжения. Например, низкое напряжение — это 0, а высокое — 1. Схеме не нужно различать множество промежуточных значений, достаточно отличить «низкое» от «высокого», поэтому работа получается устойчивой к помехам. Даже если сигнал немного исказится, его всё равно легко отнести к одному из двух уровней.

Как из битов получается информация

Одним битом можно закодировать два варианта. Двумя битами — четыре, тремя — восемь. С каждым добавленным разрядом число вариантов удваивается. Так из последовательностей нулей и единиц кодируют числа, буквы, цвета и звуки.

1 бит  -> 2 варианта   (0, 1)
2 бита -> 4 варианта   (00, 01, 10, 11)
3 бита -> 8 вариантов  (000 ... 111)
N битов -> 2 в степени N вариантов

Правило: любой вид информации — текст, рисунок, звук — внутри компьютера представлен последовательностью нулей и единиц. Различается только способ, которым эту последовательность создавали и расшифровывают.

Где хранятся биты

Биты хранятся в различных запоминающих устройствах: в оперативной памяти, на диске, в микросхеме. В каждом из них «единица» и «ноль» физически выглядят по-разному — это может быть заряд, намагниченность участка или отражение света. Но логически это всё те же два значения, поэтому данные легко переносить с одного носителя на другой.

Частая ошибка

Иногда думают, что двоичный код выбран потому, что «так проще людям». На самом деле двоичная форма удобна именно технике: два чётко различимых состояния проще и надёжнее реализовать в электронной схеме, чем десять. Для человека привычнее десятичная система, но компьютер внутри работает с двоичной и переводит результат в понятный нам вид только при выводе.

Кратко о главном

• Компьютер хранит данные двумя состояниями: есть сигнал и нет сигнала.
• Этим состояниям соответствуют двоичные цифры 1 и 0.
• Один разряд двоичного кода называется битом.
• С каждым новым битом число вариантов удваивается.
• Любая информация в компьютере хранится как последовательность нулей и единиц.
• Двоичная форма удобна технике, а не людям.